Геномные изменения человеческих эмбрионов — шаг вперед

Ученые работали над корректировкой гена, вызывающего гипертрофическую кардиомиопатию

Это отдельный тип генетически-опосредованных болезней, которые именуются аутосомно-доминантными (обозначаются большенный буковкой "А" в генотипе Аа, то все есть пациенты являются гетерозиготами, гомозиготы "АА" почаще всего погибают еще в детстве). Такие работоспособности»>заболевания как правило появляются в репродуктивном возрасте, потому их толика в популяции человека довольно высока.

Соответственно, когда один из родителей мучается болезнью, возможность возникновения больного малыша: Аа x аа = 50% Аа (нездоровой) на 50% аа (здоров). Шансы на беду довольно высоки, потому предки обязаны обращаться за помощью в клинику репродуктивной медицины, где делают оплодотворение в пробирке и выбирают здоровые зародыши посреди 50% "аа". Стараниями ученых толика здоровых "аа" зародышей в пробирке выросла из природных 50 до целых 74.2 процентов. НО!

В процессе опыта они создали несколько весьма принципиальных наблюдений.

1. В половых клеточках (гаметах) и ранешном зародыше гомологичная рекомбинация существенно эффективнее, чем во "взрослых" (соматических) клеточках. Это хорошая новость, так как конкретно этот тип рекомбинации нужен для направленного исправления ошибок в генах.

CRISPR-Cas9 работает по принципу: не разобьешь яичка — не пожаришь яичницу. Поначалу Cas9 протеин находит мутацию в клеточной ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) при помощи проводниковой РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов) молекулы (sigle guide RNA, sgRNA), которая соединяется с мутированным местом по принципу комплементарности. Потом Cas9 разрезает спираль ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов), образуя так именуемый двухцепной разрыв. В предстоящем клеточка реагирует на поломки с привлечением ферментов репарации — белков, которые собирают цепь ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) совместно.

Существует два пути, с помощью которых клеточка это делает. 1-ый — резвый и неточный, именуется негомологическим соединением концов(NHEJ). В итоге такового "соединения втемную" соединенный сектор ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) имеет маленькие мутации, которые вполне выводят из строя белок, кодируемый сиим геном. Понятное дело, что терапевтическая Ценность этого механизма — нулевая.

Напротив, 2-ой путь — гомологическая рекомбинация (HDR) — просит больше времени, но исправляет разрыв совершенно без швов. HDR просит наличия ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов)-шаблона, содержащего информацию, нужную для таковой высокоточной работы. Потому исследователи вводят в клеточку особый ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) фрагмент (искусственную матрицу) с Cas9 энзимом и проводниковой РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов), если желают починить определенный ген.

неувязка состоит в том, что в клеточках здорового взрослого человека эффективность неточного пути репарации (NHEJ) существенно преобладает. Но оказывается, что в яйцеклетке много HDR энзимов, которые кропотливо смотрят за целостностью ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов) грядущего малыша. Ученым остается лишь привести эти системы на подходящую мутацию при помощи CRISPR-Cas9, а далее клеточка все делает сама в наилучшем виде. Любопытно, что в большинстве исправленных зародышей мутантный аллель "А", который нес сперматозоид, был замещен здоровым геном "а", который находился на материнской хромосоме. Другими словами яйцеклетки / зиготы нередко игнорировали искусственную матрицу, введенную учеными, и предпочитали естественный путь устранения ошибок в ДНК (Дезоксирибонуклеиновая кислота — макромолекула, обеспечивающая хранение, передачу из поколения в поколение и реализацию генетической программы развития и функционирования живых организмов).

2. Вводить Cas9 необходимо совместно со сперматозоидом, когда яйцеклетка находится на стадии метафазы второго мейоза. Таковой подход гарантирует, что исправление мутантного аллеля состоится еще до того, как зигота начнет делиться (войдет в стадию дробления). Это в свою очередь сводит на нет возможность появления мозаицизма: Ситуации, когда исправление вышло только в части клеток зародыша, а другие клеток остались мутантными. Понятно, что мозаицизм полностью недопустим, если мы хоть как-то намекаем на возможное клиническое применение технологии. Потому, по результатам исследования возникает точная стратегия избегания этого противного явления. По сути, мозаицизм зародышей составил суровую помеху для CRISPR-Cas9 на пути в клинику, и сейчас это препятствие, кажется, сзади.

Но невзирая на такие обнадеживающие результаты, обычно остаются вопросцы, на которые нужно ответить, до этого чем эмбриональная инженерия станет рутинной мед процедурой.

Во-1-х, что созодать с генетическими болезнями, которые не являются аутосомно-доминантными?

Зародыши (и в предстоящем люди) с рецессивными заболеваниями имеют генотип "аа", другими словами гомозиготами. В таковой клеточке нет здорового аллеля "А", который мог бы поменять нездоровой аллель "а". совместно с наблюдением, что яйцеклетка без охоты употребляет искусственную матрицу, это значит, что семьи, где оба родителя мучаются болезнями (генотип "аа"), до сего времени не имеют шансов на здоровое потомство.

Во-2-х, что созодать с остальными 25.8% зародышей, у каких заглаживание прошло неточным (NHEJ) методом, как свести этот показатель до 0%? на данный момент есть экспериментальные подходы как перекрыть NHEJ на время проведения генетической манипуляции, но они все основаны на применении хим веществ (ингибиторов). Но травить эмбрион на ранешних стадиях развития химикатами, пожалуй, не наилучшая мысль.

В-3-х, в CRISPR-Cas9 технологии есть один общий недочет, который касается не только лишь эмбриональной инженерии — это неспецифическое действие. По сути, наведение Cas9 энзима на мотивированной ген при помощи проводниковой РНК (Рибонуклеиновая кислота — одна из трёх основных макромолекул (две другие — ДНК и белки), которые содержатся в клетках всех живых организмов), работающий на принципе сжигания комплементарных нуклеотидов, является более четким и действенным способом, да и он время от времени ведет к сбоям. Создатели данного исследования подтвердили отсутствие так именуемых позиционных эффектов (Off-target effects) 2-мя независящими способами во всех зародышах с хотимым генотипом "аа". Но это быстрее можно считать фортуной, так как неспецифичность Cas9 очень различается меж тестами и нередко ее весьма трудно, и даже нереально предугадать. В этом направлении также активно ведутся исследования, потому будем возлагать, что со временем разработка вправду станет довольно эффективна и неопасна для ее внедрения в поликлинике.
 

Источник